Az IBM elkészítette a világ legnagyobb teljesítményű karbon nanocsöves tranzisztorát

[Mmd] Az IBM bejelentette, hogy minden eddiginél nagyobb teljesítményű nanocsöves tranzisztort készített, és bebizonyította, hogy a karbon nanocsőnek (CNT) nevezett, szénatomokból készített, a hajszálnál ötvenezerszer vékonyabb cső alakú molekulák felül tudják múlni a napjainkban elérhető legkorszerűbb szilíciumos tranzisztorprototípusok teljesítményét.

Az Applied Phyics Letters című alkalmazott fizikai folyóirat május 20-i számában közölt ismertetés szerint az IBM kutatói továbbfejlesztették a karbon nanocsöves tranzisztort. Különböző szerkezetű készülékekkel kísérletezve a kutatóknak minden eddigi nanocsöves tranzisztorét meghaladó (áramvezető képességet) sikerült elérniük. A nagy transzkonduktancia azt jelenti, hogy a tranzisztorok gyorsabban működhetnek, ami még nagyobb teljesítményű integrált áramkörök elkészítésére teremt lehetőséget. A kutatók azt is kimutatták, hogy a karbon nanocsöves tranzisztorok egységnyi szélességre vetített transzkonduktanciája a legnagyobb teljesítményű szilíciumos tranzisztorprototípusok transzkonduktanciájának a kétszerese.

Bejelentésével az IBM egy lépéssel közelebb vitte a nanocsöveket -- az eddig ismert anyagok közül a legerősebb és legjobb vezetőképességű szálakat -- ahhoz, hogy a gyakorlatban is felválthassák a jövő készülékeiben a szilíciumos tranzisztorokat.

"Annak bebizonyítása, hogy a karbon nanocsövek jobb teljesítményre képesek a szilícium tranzisztoroknál, kitárja a kaput a nanocsövek gyakorlati alkalmazhatóságára irányuló további kutatások előtt" -- mondta Dr. Phaedon Avouris, az IBM Research nanotudományos igazgatója. "A karbon nanocső volt már eddig is a legesélyesebb a szilícium felváltására, amire akkor kerül sor, ha a mostani chipek alkotóelemeit már nem lehet tovább kicsinyíteni. Ezt a fizikai korlátot várhatóan 10-15 éven belül fogjuk elérni."

A ma bejelentett eredmény az IBM-kutatók jelentős felfedezéseinek egész sorára épül, amelyek mind a nanocsövekből összeállított apró elektronikus készülékek elkészítésével kapcsolatosak. Az IBM tavaly áprilisban jelentette be azt a forradalmian új eljárást (Science, Vol. 292, Issue 5517, 2001. április 27), amellyel karbon nanocsöves tranzisztorok állíthatók elő, túllépve ezzel a fémes és a félvezető nanocsövek gondos elválasztásának szükségességén. Tavaly augusztusban jelentette be az IBM, hogy elkészítette a világ első egyetlen nanocsőbe épített logikai áramkörét (Nano Letters, vol. 1, number 9, 2001. szeptember, p. 453-456).

Az IBM kutatói olyan egyfalú karbon nanocsöves térvezérlésű tranzisztorokat (single-wall carbon nanotube field-effect transistors, CNFET) készítettek, amelyek szerkezete hasonlít a hagyományos fémoxidos félvezető térvezérlésű tranzisztorok (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET) szerkezetére, vagyis a vezető csatorna fölötti kapuelektródákat vékony szigetelő réteg választja el a csatornától. Ilyen készülékekkel vizsgálták a kaput a csatornától elválasztó réteg vékonyításával elért teljesítményjavulást.

A felső kapuval működő készülékek elektromos paraméterei kiválónak mutatkoztak: a küszöb alatti görbéjük meredek volt (ez jelzi, hogy milyen jól lehet a tranzisztort ki- és bekapcsolni), és kis feszültségen is nagy volt a transzkonduktanciájuk, ami jelentős fejlődést képvisel a korábban bemutatott CNFET tranzisztorokhoz képest, amelyek szilíciumréteget használtak kapuként, és vastag kapuszigetelést alkalmaztak. A kapu voltaképpen egy elektróda, amellyel szabályozható, hogy átfolyjon-e a készüléken az áram. Ezenfelül az IBM kutatóinak p típusú (lyukkal, vagyis elektronhiánnyal vezető) és n típusú (elektronnal vezető) tranzisztort is sikerült készíteniük. A felső kapus kialakításnak köszönhetően a tranzisztorok kapuvezérlése függetleníthető egymástól, így egyszerűbb elrendezésű és kisebb fogyasztású CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor, komplementáris fémoxidos félvezető) áramkörök építhetők meg.

A hagyományos szilícium MOSFET tranzisztorokéhoz hasonló szerkezetű CNFET tranzisztorok létrehozása lehetővé tette, hogy a kutatócsoport összevesse a CNT és a szilícium tranzisztorokat. Általában elmondható, hogy az oxidréteg vékonyodásával és a csatorna rövidülésével javul a tranzisztor teljesítménye. Noha ez esetben még nem voltak optimalizálva a nanocsöves tranzisztorok, mégis felülmúlták a szilícium tranzisztorprototípusok teljesítményét. Az IBM kutatói arra a megállapításra jutottak, hogy a további fejlesztések eredményeképpen még rövidebb kapu és még vékonyabb "kapuoxid" lesz elérhető, aminek következtében a jövőben elkészülő CNFET tranzisztorok teljesítménye még nagyobb mértékben fogja felülmúlni a szilícium tranzisztorokét.

A munkáról szóló beszámoló az Applied Physics Letters című folyóirat május 20-i számában olvasható: "Vertical Scaling of Carbon Nanotube Field-Effect Transistors Using Top Gate Electrodes" (Karbon nanocsöves térvezérlésű tranzisztorok vertikális skálázása felső kapuelektródák segítségével). Szerzők: Shalom Wind, Joerg Appenzeller, Richard Martel, Vincent Derycke és Phaedon Avouris, IBM T.J. Watson Research Center, Yorktown Heights, N.Y.